一种过电位控制结构及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种过电位控制结构及方法，属于氢气电解设备及方法领域，具体涉及一种过电位控制结构及方法。
【背景技术】
[0002]由于石化燃料燃烧不充分而造成的内燃发动机严重污染排放物HC，CO，特别是其中大量PM2.5已经成为城市的最主要污染源之一。世界上几乎所有汽车制造公司和空气环保研究机构都在研发提高发动机燃烧效率，减低排放污染，降低油耗的技术和产品。
[0003]由于氢气的热值高于汽油和柴油等石化燃料，没有污染及其他诸多有益的特性，近年来被越来越多的应用于以石化为燃料的内燃发动机的节能减排应用中。
[0004]无存储按需生产(HOD:Hydrogen On Demand)方式的电解水氢气发生器(简称HGHydrogen Generator)的技术成熟，安全性高，设备简单，成本低，多年来在世界上得到广泛应用。
[0005]向以石化为燃料的内燃发动机加入适量的由水电解产生的氢氧气ΗΗ0，(可参阅美国氢技术应用公司的PCT/US2004/012498专利)与空气和燃油混合燃烧，催化燃油燃烧，提高燃油的燃烧效率，减少污染排放，增加动力，节约能源的作用早已从理论上和实践中得到证实，这方面，国际国内已有大量论文，实验报告，实例，专著和专利。
[0006]如果不对HG的HHO流量和能耗进行有效控制，虽然可以实现减排的环保作用，由于能量守恒，在增加动力，减少油耗的同时，HG也在同时消耗电能，又反过来增加了油耗，很难实现明显减少油耗的效果，甚至可能比不添加HHO更耗能。如果加入过量ΗΗ0，不但增加无用能耗，还会造成发动机温度过高，损害发动机，增加氮氧化物排放。所以必须对HHO的流量和耗能进行有效控制。
[0007]世界上绝大部分用于内燃发动机的旨在节能减排用的HG，对HHO流量和耗能控制方法上，是在HG外部与电源之间以串联方式采用不同形式的PffM和CCPffM调制器，简称PffM ;作为控制器件，调整流经HG的电流，控制氢气流量，如图1所示。
[0008]由于车辆的供电电源电压和HG的温度是在随时变化的，当电源电压或温度降低，例如预热，起步，低速时，需要较多HHO流量时，要提高过电位；反之当电源电压或温度升高，例如发动机在正常连续或高速运行状态，需要减小HHO流量时，要减低过电位。由于PffM是安装在HG之外，在发动机正常连续或高速运行状态时，PffM不但不能高效控制流量和能耗，其本身也成为一个消耗无功电能的器件。氢气发生器所需产氢功耗越低时，外部控制器件自身无用功耗与氢气发生器所需的有用功耗的比例越大。
[0009]HOD方式的氢气发生器的电解单元数量的设计，目前世界上普遍以车载电源电池的标称电压为基准，按每个电解单元电压2V甚至2.4V计算，以不同类型的PffM在HG外部与电源以串联方式连接进行控制。
[0010]因为电解单元过电位的高低是影响HHO流量和功耗的最主要因素之一，因此按以上计算结果设计制造的HG在低温或者电源电压低的情况下，由于过电位低，HG不能产生足够的HHO流量；而当温度升高或电源电压升高后，由于过电位太高，电流过大，而在HG外部与电源之间串联的PWM在控制过程中产生很大的无功损耗，造成大量电能以热量的方式形成无功消耗。
【发明内容】
[0011]本发明主要是解决现有技术所存在的氢气发生器氢气流量难以控制并且能耗高的技术问题，提供了一种过电位控制结构及方法。该电位控制结构及方法通过增加或减少氢气发生器内参与电解的单元数量，控制电解单元的过电位，达到对氢气的流量按需进行实时、高效、低能耗控制。
[0012]为了解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种过电位控制结构，包括:
[0013]电解极板，数量为两个以上，并且相邻的两个电解极板间构成电解单元；
[0014]控制开关，用于在控制器的控制下增加或减少连接于回路中的电解单元的数量。
[0015]优化的，上述的一种过电位控制结构，所述控制器在检测到通过所述电解极板的电流低于预设值时将减少回路中的电解单元的数量从而提高过电位；并且，当所述控制器在检测到通过所述电解极板的电流高于预设值时将增加回路中的电解单元的数量从而减低过电位。
[0016]优化的，上述的一种过电位控制结构，所述电解单元包括:
[0017]第一电解单元，由第一电解极板相互间连接后构成电解单元组；
[0018]第二电解单元，由第二电解极板相互间连接后构成过电位控制单元组；
[0019]其中:所述控制开关与第二电解单元相连，所述电解单元组与所述过电位控制单元组之间串联，并且由同一个电源供电。
[0020]优化的，上述的一种过电位控制结构，所述第一电解单元间相互串联和/或并联。
[0021]优化的，上述的一种过电位控制结构，所述第二电解单元间相互串联。
[0022]优化的，上述的一种过电位控制结构，所述控制开关和过电位控制单元组内的第二电解极板相连，当所述控制开关闭合时，和所述控制开关相接的第二电解极板与可以使参与电解的电解单元过电位升高的其它电极短接。
[0023]优化的，上述的一种过电位控制结构，所述控制开关设置于过电位控制单元组内的第二电解极板之间；当所述控制开关闭合时，与所述控制开关相接的第二电解极板和该第二电解极板所属的电解单元内的另一块第二电解极板间短接。
[0024]优化的，上述的一种过电位控制结构，所述电解单元组内的第一电解极板的数量NI基于公式⑴获得:
[0025]NI = R(V1/(P1+0P1))公式(I)
[0026]式中，R(X)为四舍五入函数，Vl为供电电源正常最低工作电压；P1为第一电解极板所采用电极材料在所采用的电解液中的标准电位，OPl为第一电解极板所采用电极材料在采用的电解液中，并且在最低工作温度时，所需的正常工作电流的最大过电位；
[0027]并且所述过电位控制单元组内的第二电解极板的数量N2基于公式(2)获得:
[0028]N2 = R(V2/(P2+0P2))-N1+1 公式(2)
[0029]式中，V2为供电电源正常最高供电电压；P2为第二电解极板所采用电极材料在使用的电解液中的标准电位；0P2为第二电解极板所采用电极材料在使用的电解液中，在最高工作温度时所需的正常工作电流的最小过电位。
[0030]为了解决上述问题，根据本发明的另一方面，提供了一种过电位控制方法，包括:通过增加或减少连接于回路中的电解单元的数量来调整电解单元的过电位。
[0031]优化的，上述的一种过电位控制方法，包括:通过增加或减少连接于回路中的电解单元的数量来调整电解单元的过电位。
[0032]优化的，上述的一种过电位控制方法，在检测到通过所述电解极板的电流低于预设值时减少回路中的电解单元的数量从而提高过电位；
[0033]并且，当检测到通过所述电解极板的电流高于预设值时增加回路中的电解单元的数量从而减低过电位。
[0034]因此，本发明具有如下优点:通过在氢气发生器电流回路内串联过电位控制单元组，通过对过电位控制单元组内电极的切换，增加或减少氢气发生器内参与电解单元的数量，控制电解单元的过电位，达到对氢气的流量按需进行实时、高效、低能耗控制。
【附图说明】
[0035]附图1是现有技术中的氢气流量调节原理图；
[0036]附图2是本发明的一种工作原理图；
[0037]附图3是本发明的另一种工作原理图。
【具体实施方式】
[0038]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0039]图1中，电源1，电流表2，电解单元组3，过电位控制单元组4，控制器5。
[0040]实施例1:
[0041 ] 如图2所示，本实施例的可控式氢气发生器由电解单元组3和过电位控制单元组4及控制器5构成，电解极板之间构成电解单元。通过增加或减少参与电解的电解单元数量，调节电解单元过电位，控制HHO流